DE102006036586A1 - Three-dimensional and lengthwise-running testing contour e.g. recess, irregularity testing method, involves recording longitudinal positions of contour from different angles, where angles are observed in side view towards running direction - Google Patents
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Abstract
Description
I. AnwendungsgebietI. Field of application
Die Erfindung betrifft das optimale Prüfen dreidimensionaler Konturen.The The invention relates to the optimal testing of three-dimensional contours.
II. Technischer HintergrundII. Technical background
Die Bestimmung der Daten 3-dimensionaler Konturen wird in der Industrie häufig benötigt, um definiert angebrachte Konturen einer Qualitätskontrolle zu unterziehen.The Determination of data 3-dimensional contours is used in industry often needed to subject defined contours to a quality control.
Die Ermittlung der Form oder anderer, mit der Oberflächenform zusammenhängender Ergebnisdaten, z. B. des Volumens, der Erhebung wird dabei häufig mittels des Lichtschnittverfahrens durchgeführt.The Identification of the shape or other related to the surface shape Result data, z. As the volume, the survey is often using performed the light-section method.
Dabei wird ein fächerförmiger, also in nur einer Ebene aufgespreizter, Lichtstrahl auf die zu untersuchende Oberfläche gegeben und unter einem Winkel, meist einem spitzen Winkel, zur Bestrahlungsrichtung beobachtet, so dass der Verlauf des Abbildes des fächerförmigen Strahles auf der Oberfläche dort vorhandene Erhebungen erkennen lässt, indem auch das beobachtete Abbild dann eine Erhöhung zeigt, wenn der linienförmig auftreffende Lichtstrahl-Fächer über diese Erhebung hinweg verläuft, (sofern die Verlaufsrichtung der Lichtlinie nicht parallel zur Verlaufsrichtung der Erhebung liegt.) there becomes a fan-shaped, Thus, in only one plane spread, light beam on the to be examined surface given and at an angle, usually an acute angle, to Observed irradiation direction, so that the course of the image the fan-shaped jet on the surface There it reveals existing surveys, in that also the observed one Image then an increase shows when the linear incident light beam fans over this Survey, (provided the course of the light line not parallel to the direction the survey is.)
Derartige einzelne Bilder der Lichtlinie auf dem Objekt können – während sich das Objekt relativ und in Querrichtung zur Lichtlinie bewegt – in kurzen zeitlichen Abständen vielfach angefertigt werden, so dass durch Hintereinanderstellung dieser einzelnen Höhenschnitte, also Scans, die 3-dimensionale Oberflächengestaltung ermittelt werden kann, und/oder damit zusammenhängende Parameter wie Höhe, Volumen, Breite, Lage der Erhebungen usw.such individual images of the light line on the object can - while the object is relative and moved in the transverse direction to the light line - often in short time intervals be made so that by placing this individual height sections, So scans, the 3-dimensional surface design are determined may, and / or related Parameters like height, Volume, width, location of the surveys, etc.
Auch Lötnähte zwischen aneinander angrenzenden Blechteilen im Automobilbau werden auf diese Art und Weise auf ihre Form und damit Qualität untersucht, indem vor allem unzulässige Vertiefungen in der Lötnaht vor dem Lackieren aufgefunden werden sollen.Also Soldered seams between adjacent sheet metal parts in the automotive industry are on this Way of looking at their shape and thus quality, especially unacceptable Recesses in the soldered seam to be found before painting.
Wenn die Überprüfung der Lötnaht jedoch nur unter einem einzigen Beobachtungswinkel durchgeführt wird, kann es sein, dass Vertiefungen dabei nicht erkannt oder im Gegenzug einwandfreie Stellen als Vertiefung gemeldet werden, da man in erste Linie eine Vertiefung daran zu erkennen versucht, dass die von der Vertiefung reflektierte Lichtmenge zumindest geringer ist, weil gar kein Licht mehr reflektiert wird, als die von der Umgebung reflektierte Lichtmenge.If the review of soldered seam but only under a single viewing angle, It may be that recesses are not recognized or in return impeccable places to be reported as deepening, since one in first Line a depression trying to recognize that of the Deep reflected amount of light is at least less, because no more light is reflected than reflected from the surroundings Amount of light.
Wenn in Blickrichtung der Kamera die Vertiefung jedoch abgeschottet wird durch einen vorgelagerten Wulst, einen Erhebung in Form eines Staubpartikels etc., wird dies nicht erkannt.If in the direction of the camera, however, the depression is sealed off by an upstream bead, an elevation in the form of a dust particle etc., this is not recognized.
Dagegen kann die Absenkung hinter einer Staubpartikel-Erhebung oder auch nur das schlechtere Reflektionsverhalten einer ebenen, nicht vertieften Stelle der Oberfläche in Form eines Farbpunktes etc., zur Anzeige als Fehlstelle führen.On the other hand may be the sinking behind a dust particle survey or even only the worse reflection behavior of a flat, not deepened Place the surface in the form of a color point, etc., lead to the display as a defect.
III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention
a) Technische Aufgabea) Technical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch kleine Fehlstellen ab ca. 100 μm Durchmesser zuverlässig ermittelt werden können.It is therefore the object according to the invention, to provide a method and a device with which even small Defects starting at approx. 100 μm diameter reliable can be determined.
b) Lösung der Aufgabeb) solution the task
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1, 24, 25 und 27 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is by the claims 1, 24, 25 and 27 solved. Advantageous embodiments result from the dependent claims.
Durch
eine Doppelbetrachtung unter verschiedenen Betrachtungswinkeln,
auch unter verschiedenen Lichtmengen, die das unterschiedliche Reflektionsverhalten
der verschiedenen Stellen der Oberfläche der Prüfkontur kompensiert und auch
die tatsächliche
Absolutbestimmung der Höhenkontur erlaubt
werden Zweifel beseitigt und nur die wirklichen Fehlstellen, z.
B. in Form unzulässiger
Vertiefungen, erkannt:
Zu diesem Zweck wird die Prüfkontur,
die ja in Form einzelner, in Verlaufsrichtung der Prüfkontur
hintereinander liegender Prüfpositionen
geprüft
wird, für jede
Prüfposition
aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommen. Die unterschiedlichen Betrachtungswinkel
sind dabei insbesondere unterschiedliche Schrägstellungswinkel der Blickrichtung der
beiden optischen Sensoren entweder relativ zur Bestrahlungsrichtung
oder auch relativ zur Prüfkontur,
insbesondere betrachtet in der Seitenansicht auf die längs verlaufende
Prüfkontur.By a double consideration under different viewing angles, even under different amounts of light, which compensates for the different reflection behavior of the various points of the surface of the test contour and also allows the actual absolute determination of the contour height doubts are eliminated and only the real imperfections, eg. B. in the form of impermissible recesses, recognized:
For this purpose, the test contour, which is indeed checked in the form of individual, in the direction of the test contour consecutive test positions, recorded for each test position from different viewing angles. The different viewing angles are, in particular, different skew angles of the viewing direction of the two optical sensors, either relative to the irradiation direction or also relative to the test contour, in particular viewed in the side view on the longitudinal test contour.
Zum einen müssen die einzelnen Prüfpositionen in Längsrichtung so eng beisammen liegen, dass ihr Abstand geringer ist als die Erstreckung einer einzelnen Prüfposition in Längsrichtung, so dass sich die hintereinander gereihten Prüfpositionen entweder geringfügig überlappen, oder ihr Abstand zumindest kleiner ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Fehlstellen bzw. Anomalien.To the you have to the individual test positions longitudinal so close together that their distance is less than the extension a single test position longitudinal, so that the successively lined test positions either overlap slightly, or their distance is at least smaller than the minimum size of the detecting defects or anomalies.
Dabei wird überprüft, ob die durch die einzelnen Prüfpositionen erzeugten linienförmigen Abbilder keine Anomalien in Form einer Lücke in dem linienförmigen Abbild oder einem Bereich mit zu stark von den restlichen Bereichen des Abbildes abweichenden Helligkeitswerten aufweist.It is checked whether the linear images produced by the individual inspection positions no anomalies in the form of a gap in the linear image or an area with too much of Having the remaining areas of the image deviating brightness values.
Denn eine unzulässige Vertiefung in der Lötnaht bewirkt, dass an der Stelle der Vertiefung ein Teil des in die Vertiefung eingestrahlten Lichtes oder das gesamte eingestrahlte Licht nicht mehr von der vertieft liegenden Oberfläche in Richtung zu einem der Sensoren reflektiert werden kann und dadurch auf dem optischen Sensor an dieser Stelle eine Lücke im linienförmigen Abbild entsteht.Because an invalid Deepening in the soldered seam causes a part of the recess in the place of depression not radiated light or the entire incident light more of the recessed surface towards one of the sensors can be reflected and thereby on the optical sensor this place a gap in the linear Image emerges.
Bei anderen unzulässigen Anomalien tritt unter Umständen and der entsprechenden Stelle des Abbildes nicht eine vollständige Lücke auf, Bereiche des Abbildes werden jedoch einem zu stark von den angrenzenden Bereichen abweichenden Helligkeitswert aufweisen, also zu hell oder zu dunkel sein, was ebenfalls auf eine Anomalie hinweist.at other inadmissible Anomalies may occur and the corresponding part of the image does not have a complete gap, However, areas of the image become too strong of the adjacent ones Areas have different brightness value, so too bright or too dark, which also indicates an anomaly.
Dabei wird weiterhin untersucht, ob nur in dem Abbild eines Sensors oder beider Sensoren, d. h. betrachtet bei beiden verschiedenen Betrachtungswinkeln, an gleicher Stelle im Abbild eine Lücke oder ein Bereich mit stark abweichendem Helligkeitswert vorhanden ist.there is further investigated, whether only in the image of a sensor or both sensors, d. H. considered at both different viewing angles, in the same place in the image a gap or a region with strong deviating brightness value is present.
Denn falls dies nur bei der Betrachtung unter dem einen Betrachtungswinkel der Fall ist, das Abbild beim anderen Betrachtungswinkel jedoch normal durchgehend ist, so ist das fehlerhafte Abbild auf eine spezifische Konstellation bei diesem Betrachtungswinkel zurückzuführen, beispielsweise eine nur bei diesem Betrachtungswinkel wirksame Abschattung durch eine vorgelagerte Erhebung etc.Because if only when viewing under the one viewing angle the case is, however, the image at the other viewing angle is normal throughout, so the faulty image is on a specific Attributed constellation at this viewing angle, for example, only one at this viewing angle effective shading by an upstream Collection etc.
Als erstes Indiz für eine Fehlstelle werden daher nur diejenigen Positionen gewertet, die unter beiden Betrachtungswinkeln an gleicher Stelle eine Anomalie im Abbild zeigen.When first indication for a defect, therefore, only those positions are evaluated, the two viewing angles at the same place an anomaly show in the image.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede Stelle von der Bestrahlungsrichtung von einerseits voreilenden und andererseits nacheilenden optischen Pfaden, insbesondere separaten optischen Sensoren, aufgenommen, wobei die Bestrahlungsrichtung vorzugsweise lotrecht auf die Verlaufsrichtung der Prüfkontur gerichtet ist. Dadurch unterscheiden sich die Triangulationswinkel der beiden optischen Sensoren, indem sie im einen Fall einen positiven und im anderen Fall einen negativen Betrag aufweisen.In a preferred embodiment Each point of the direction of irradiation is preceded by one hand and on the other hand trailing optical paths, in particular separate optical sensors, recorded, the direction of irradiation preferably perpendicular to the direction of the test contour is directed. This differentiates the triangulation angle of the two optical sensors, by making a positive in one case and in the other case have a negative amount.
Möglich wäre auch eine Betrachtung mit jeweils gleichen Triangulationswinkeln, jedoch unter unterschiedlichen Winkeln der Blickrichtungen der Sensoren bezüglich der Prüfkontur, was dann aber zwei Lichtquellen oder zumindest ein Lichtquelle und Umlenkeinheiten für einen zweiten Lichtpfad erfordern würde.It would be possible too a consideration with the same triangulation angles, however at different angles of view of the sensors in terms of the test contour, but what then two light sources or at least one light source and deflection units for one second light path would require.
Um
den Auswerteaufwand gering und damit die Prüfgeschwindigkeit, insbesondere
eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Prüfkontur,
hoch zu halten, wird mehrstufig geprüft:
Zum einen werden Plausibilitätskontrollen
durchgeführt
um festzustellen, ob die in dem Abbild festgestellte Anomalie tatsächlich auch
auf eine Unregelmäßigkeit
der Prüfkontur
zurückzuführen ist:
- – zunächst wird überprüft, ob die in den beiden Abbildern festgestellten Anomalien an der exakt gleichen Position liegen. Zu diesem Zweck werden die zugehörigen Erstreckungsvierecke bestimmt, nämlich die exakte Erstreckung in X- und Y-Richtung, in der das Abbild maximal diese Anomalie aufweist. Die Abweichung der Positionen der beiden Erstreckungs-Vierecke wird berechnet, insbesondere in Welt-Koordinaten, und wenn die Abweichung unter einem vorgegebenem Grenzwert liegt, wird von einer übereinstimmenden Position ausgegangen und damit von einer echten Anomalie.
- – Wenn das Abbild eine Lücke aufweist, wird der Höhenversatz von Beginn und Ende des linienförmigen Abbildes auf beiden Seiten der Lücke ermittelt und bei einem zu starken Höhenversatz oberhalb eines Grenzwertes daraus geschlossen, dass es sich um keine echte Unregelmäßigkeit handelt.
- – Es werden ferner der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes, in dem die Anomalie festgestellt wurde mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild verglichen, oder mit mehreren vorangehenden/nachfolgenden Abbildern und bei Abweichung des Helligkeitswertes oberhalb eines Grenzwertes die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur gewertet.
On the one hand, plausibility checks are carried out to determine whether the anomaly observed in the image is actually due to an irregularity of the test contour:
- - First, it checks whether the anomalies found in the two images are in exactly the same position. For this purpose, the associated quadrilaterals are determined, namely the exact extension in the X and Y directions, in which the image has at most this anomaly. The deviation of the positions of the two extension squares is calculated, in particular in world coordinates, and if the deviation is below a predetermined limit value, a corresponding position is assumed, and thus a genuine anomaly.
- - If the image has a gap, the height offset of the beginning and end of the line-shaped image is determined on both sides of the gap and if the height offset is too high above a limit, it is concluded that this is not a true irregularity.
- The average brightness value of the linear image in which the anomaly was detected is also compared with the average brightness values of the at least one preceding and at least one subsequent image recorded by the same sensor, or with a plurality of preceding / succeeding images and if the brightness value deviates above of a limit value, the anomaly is not considered an irregularity of the test contour.
Zusätzlich und/oder stattdessen die Original-Scans beider optischer Sensoren, oder jeweils eine Mittelung dieser beiden Scans als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden können, welches später dem Bearbeiter, der vor allem die Nachbearbeitung der Fehlstellen durchführen soll, die Arbeit erleichtert, indem dadurch vor allem das Auffinden der Fehlstellen erleichtert wird, die ja beispielsweise nur einen Durchmesser von 50 μm besitzen und damit für das menschliche Auge kaum mehr sichtbar sind. Falls beim ersten oder auch beim zweiten Prüfschritt ein Vergleich mit vorgegebenen absoluten Grenzwerten durchgeführt wird, müssen diese Grenzwerte zuerst praxisnah ermittelt werden.Additionally and / or instead the original scans of both optical sensors, or one each Averaging these two scans saved as a rolling original image can be which later the editor, especially the post-processing of the defects carry out to facilitate the work, thereby primarily finding the Defects is facilitated, yes, for example, only one diameter of 50 μm own and therefore for the human eye are barely visible. If the first or at the second test step a comparison is made with predetermined absolute limits, have to These limits are first determined in practice.
Zu diesem Zweck wird eine manuell positiv geprüfte Referenzkontur auf der ganzen Länge gescannt und deren Bilddaten als Referenzwerte hinterlegt, gegebenenfalls unterteilt in einzelne Referenz-Längenabschnitte, über welche sich die Referenzwerte nicht oder nur sehr geringfügig ändern.For this purpose, a manually positively tested reference contour is scanned along its entire length and its image data is stored as reference values, if necessary subdivided into individual reference lengths, via which the references not or only slightly change them.
Weiterhin werden Maßnahmen getroffen, um den Auswertungsaufwand zu minimieren und damit eine schnelle Auswertung, nämlich in Echtzeit, durchführen zu können, was bei manchen Anwendungen eine Geschwindigkeit von 250 mm Prüfkontur pro Sekunde bedeutet:
- – Eine Maßnahme besteht darin, von den linienförmigen Abbildern nur den Bereich zu untersuchen, der der eigentlichen Prüfkontur in Querrichtung entspricht, was durch einen Vergleich mit den zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüfdaten ermittelt wird.
- – Zu diesem Zweck wird ferner eine Nachführung des Prüfkopfes in Querrichtung durchgeführt, sobald der höchste bzw. tiefste Punkt des Abbildes der Prüfkontur seitlich aus dem vorgegebenen Zielbereich innerhalb des Sensors herausläuft.
- – Der Prüfkopf wird hinsichtlich der Höhe über der Prüfkontur auf eine Nennhöhe eingestellt und automatisch nachgeführt, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte der Abbilder auf den Sensoren bzw. dem einzigen Sensor aus dem vorgegebenen Zielbereich herauslaufen.
- – Des Weiteren kann die Betrachtung jeder Prüfposition und unter jedem der beiden Beobachtungswinkel zweimal und zwar mit unterschiedlicher Lichtmenge durchgeführt werden, wobei die Lichtmenge entweder durch die Belichtungszeit oder die Beaufschlagte Lichtmenge pro Zeiteinheit variiert werden kann. Wenn in den Abbildern eine Lücke oder andere Anomalie vorhanden ist, muss diese Anomalie in den Abbildern in den mit den verschiedenen Lichtmengen angefertigten Abbildern jeweils vorhanden sein, wenn die Ursache eine Anomalie in der echten Prüfkontur darstellt. Ist dies nicht der Fall, wird nicht auf eine echte Fehlstelle geschlossen. Des Weiteren dienen die beiden Abbildern mit unterschiedlichen Lichtmengen dazu, daraus eine qualitativ hochwertiges Abbild zu erzeugen, beispielsweise dann, wenn bei dem Abbild mit niedrigerer Lichtmenge nur ein Teil des linienförmigen Abbildes gut sichtbar ist, die fehlenden Bereiche dagegen in dem Abbild mit der anderen Lichtmenge gut sichtbar sind. Die jeweils gut sichtbaren Bereiche können dann zusammen zu einem Abbild kombiniert werden.
- – Ferner kann eine Kalibrierung der Prüfdaten durchgeführt werden, insbesondere hinsichtlich der Höhenlage der ermittelten Kontur, d. h. mit Hilfe des Nennabstandes zwischen Prüfkopf und Prüfkontur bzw. des vom Nennabstand definiert abweichend veränderten Ist-Abstandes. Da dieser bekannt ist, kann eine Verrechnung der Prüfdaten in Absolutwerte erfolgen, spätestens dann, wenn eine Kalibrierkontur mit exakt bekannter Form in unter einem exakt bekannten Abstand des Prüfkopfes abgetastet und als Umrechnungs-Referenz verwendet wird. Dadurch ist also eine Umsetzung der Kamera-Koordinaten in Welt-Koordinaten möglich.
- One measure consists in examining only the area corresponding to the actual test contour in the transverse direction of the linear images, which is determined by a comparison with the previously scanned reference contours and their test data.
- - For this purpose, a tracking of the probe is further carried out in the transverse direction as soon as the highest or lowest point of the image of the test contour runs out laterally from the predetermined target area within the sensor.
- - The test head is set to a nominal height with respect to the height above the test contour and automatically tracked when the highest or lowest points of the images on the sensors or the single sensor run out of the specified target area.
- - Furthermore, the observation of each test position and under each of the two observation angles can be performed twice and with different amounts of light, the amount of light can be varied either by the exposure time or the amount of applied light per unit time. If a gap or other anomaly exists in the images, this anomaly must be present in the images in each of the images produced with the various amounts of light, if the cause is an anomaly in the true test contour. If this is not the case, it is not concluded that there is a real defect. Furthermore, the two images with different amounts of light serve to produce a high-quality image from it, for example, if only a part of the linear image is clearly visible in the image with lower light quantity, the missing regions in the image with the other amount of light are clearly visible. The clearly visible areas can then be combined together to form an image.
- - Furthermore, a calibration of the test data can be carried out, in particular with regard to the altitude of the determined contour, ie with the aid of the nominal distance between the test head and test contour or defined by the nominal distance deviating changed actual distance. Since this is known, the test data can be billed in absolute values, at the latest when a calibration contour with exactly known shape is scanned at an exactly known distance of the test head and used as a conversion reference. Thus, an implementation of the camera coordinates in world coordinates is possible.
Um eine lückenlose Überprüfung der Prüfkontur, etwa einer Lötnaht, über deren Verlaufsrichtung zu erreichen, muss der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen bei einem sich kontinuierlich relativ entlang der Prüfkontur bewegenden Prüfkopf so gewählt werden, dass der Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen geringer ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten.Around a complete review of the Prüfkontur, about a soldering seam, about the To reach the course direction, the time interval between the individual shots at a continuously relatively along the test contour moving probe so chosen be that the longitudinal distance between two shots is less than the minimum size of the irregularities to be detected.
Um das Ergebnis sicherer zu gestalten, wird sogar empfohlen, den Längsabstand kleiner als die Hälfte der Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten zu wählen.Around To make the result more secure, even the longitudinal distance is recommended less than half the minimum size to detecting irregularities to choose.
Mindestens diejenigen Prüfstellen, an denen sich auf diese Art und Weise ein negatives Ergebnis ergab, werden hinsichtlich der Position dieser Prüfstellen gespeichert, und zwar sowohl hinsichtlich der original Bilddaten als auch eventuell erzeugter Querschnittsprofile.At least those testing centers, which resulted in a negative result in this way, are stored with respect to the location of these test sites, namely both in terms of the original image data and possibly generated Cross-sectional profiles.
Auch nach Ende der Prüfung eines Objekts bleiben diese Daten für das Objekt gespeichert, damit sie bei der späteren manuellen Nachbearbeitung des Objekts dem Nachbearbeiter zur Verfügung stehen und dessen Nacharbeit erleichtern, insbesondere was das Auffinden der Fehlstelle betrifft.Also after the end of the exam of an object, this data is stored for the object so that she at the later Manual post-processing of the object are available to the post-editor and its reworking, especially what the finding the defect concerns.
Durchgeführt wird dieses Verfahren einschließlich beider Prüfschritte und aller Belichtungsstufen in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur und innerhalb des Prüfkopfes.Is carried out including this procedure both test steps and all exposure levels in real time during the continuous scan the test contour and inside the test head.
Zu diesem Zweck enthält der Prüfkopf nicht nur die beiden (oder vorzugsweise nur eine) Lichtquelle, sondern auch den einen oder die beiden benötigten optischen Sensoren, den Bilddatenspeicher und die elektronische Verarbeitungseinheit.To contains this purpose the test head not just the two (or preferably only one) light source, but also the one or the two required optical sensors, the image data memory and the electronic processing unit.
Vorzugsweise tritt dabei der Lichtstrahl der Lichtquelle im rechten Winkel aus einer Seitenfläche des Prüfkopfes aus, während sich die beiden optischen Sensoren in Bewegungsrichtung des Prüfkopfes vor und hinter der Position des austretenden Strahles befinden, somit also zu diesem Strahl in einem Fall einen positiven, im anderen Fall einen negativen Triangulationswinkel einnehmen.Preferably occurs while the light beam of the light source at right angles a side surface of the probe out while the two optical sensors in the direction of movement of the probe in front of and behind the position of the exiting jet, thus, in this case, one positive for this ray and one for the other ray Fall a negative triangulation angle.
Vorzugsweise wird durch die aus den beiden Beobachtungsrichtungen aufgespannte Ebene genau diejenige Ebene definiert, in welcher auch die momentane Bewegungsrichtung des Prüfkopfes liegt.Preferably is spanned by the from the two observation directions Level defines exactly that level, in which also the momentary Movement direction of the probe is located.
Des Weiteren ist das Verfahren insoweit selbstregelend, als eine mögliche Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung, also abweichend von der genau lotrechten Bestrahlung zur Ebene der Prüfkontur, von dem Prüfkopf bzw. dessen Steuereinheit selbsttätig anhand der dann nicht analogen Verlagerung der höchsten bzw. tiefsten Punkte der einander entsprechenden Abbilder der beiden Sensoren bzw. Betrachtungswinkel erkannt wird.Furthermore, the method is so far selbstregelend, as a possible inclination of the irradiation direction, that is deviating from the exact perpendicular irradiation to the test contour, from the probe or its control unit automatically based on the then non-analogous displacement of the highest or lowest points of the corresponding images of the two sensors or Viewing angle is detected.
In diesem Fall wird aus der Größe der Ungleichmäßigkeit der Verlagerung auf die Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese bei der Auswertung rechnerisch mitberücksichtigt oder automatisch in eine genau lotrechte Lage korrigiert wird.In This case is out of the size of the unevenness the shift to the inclination the direction of irradiation closed and this in the evaluation mathematically included or automatically corrected to an exactly vertical position.
Weiterhin kann der Prüfkopf nicht nur Fehlstellen detektieren und gegebenenfalls markieren, sondern zusätzlich zu deren Behebung beitragen, beispielsweise indem – vorzugsweise ebenfalls im Prüfkopf oder in einer nacheilenden Einheit – ein flüssiger Füller, insbesondere PVC, z. B. in Form eines kleinen Tropfens auf die Fehlstelle aufgebracht wird, die dann vom Bearbeiter nur noch glatt gewischt werden muss, bevor sie zum Aushärten in einen Härteofen gegeben wird.Farther can the test head not only detect defects and mark them if necessary, but additionally contribute to their elimination, for example by - preferably also in the test head or in a lagging unit - a liquid filler, especially PVC, e.g. B. applied in the form of a small drop on the defect which then only has to be wiped off smoothly by the processor, before curing in a hardening oven is given.
Der Füller wird vorzugsweise mittels einer gesteuerten Düse ausgebracht, die auch das Volumen des Tropfens in Abhängigkeit der Größe der festgestellten Fehlstelle steuern kann, die bei der Detektion mitbestimmt werden kann, beispielsweise anhand der Flächenausdehnung der Fehlstelle.Of the ink pen is preferably discharged by means of a controlled nozzle, which is also the Volume of the drop in dependence the size of the detected Defect can control, which are determined in the detection can, for example, based on the surface area of the defect.
Vorzugsweise enthält der Prüfkopf nicht nur die Düse und die Steuerungsverbindung zur Auswerteeinheit, sondern auch einen kleinen Vorratsbehälter mit dem Füller.Preferably contains the test head not just the nozzle and the control connection to the evaluation unit, but also a small storage container with the filler.
c) Ausführungsbeispielec) embodiments
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:embodiments according to the invention in the following example closer described. Show it:
Dabei wird ein Lichtstrahl
This is a light beam
Das
von der Oberfläche
Damit
sich auf dem optischen Sensor
Eine
Unebenheit, beispielsweise eine Erhebung
Wie
Wie
Sowohl
der Sensor
Dadurch
verbleibt auf der von der Außenseite
mit den Durchlässen
Die
nach dem Lichtschnittverfahren hergestellten Einzelaufnahmen werden
in zeitlich schneller Abfolge wiederholt, um die sich in Bewegungsrichtung
Da
Objekt
Untersucht
wird dabei die Lötnaht
Dementsprechend
weisen die Abbilder
Um
dies zu erreichen, wird versucht, die für das gewünschte Ergebnis, nämlich eine
schnelle Signalverarbeitung bestimmter geometrischer Parameter,
wie etwa Höhe,
Querschnittsvolumen etc., der Erhebung
Anhand der
Based on
Viele
Reduzierungsmethoden beruhen darauf, dass nicht zufällige Konturgestaltungen
untersucht werden, sondern dabei bestimmte Konturen erwartet werden,
wie im Beispielsfall der
Dabei
müssen
die Abmessungen dieser Aufwölbung
In
Das
Abbild
Die
Pixel innerhalb des Abbildes
Eine
erste Reduzierungsmethode besteht darin, dass – da nur die Erhebung
Bei
dem nächsten
Scan wird lediglich dieser interessierende Bereich
Auch
im weiteren wird entweder bei jedem Scan oder nach einer jeweils
festgelegten Anzahl von Scans überprüft, wie
der in diesem Scan durch die Lage der Aufwölbung
Eine
zweite Reduzierungsmethode liegt in der Datenreduzierung durch rechnerisches
Reduzieren des an sich über
mehrere Pixel breiten Lichtbandes des Abbildes
So
besitzt das Abbild
Da
primär
der Verlauf des bandförmigen
Abbildes
Dies
kann auf mehrere Arten geschehen, z. B. indem an jeder Längsposition
entlang der Erstreckungsrichtung
Da
die Helligkeitsverteilung quer über
das bandförmige
Abbild
Dadurch wird das
bandförmige
Abbild reduziert auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte in Erstreckungsrichtung
As a result, the band-shaped image is reduced to a sequence of individual profile points in the direction of extent
Eine
dritte Reduzierungsmethode besteht darin, die neben der Erhebung
Zu
diesem Zweck wird der Höhenversatz
des Anfangs und Endes des schräg
liegenden Abbildes
Während der
z. B. tief liegende linke Endpunkt unverändert bleibt, werden alle weiter
rechts liegenden Profilpunkte um einen solchen Anteil des Höhenversatzes
gerechnet, der dem Abstand des jeweiligen Profilpunktes vom nicht
veränderten
Endpunkt in Relation zum gesamten Abstand vom linken zum rechten
Endpunkt, also der Breite der Sensorfläche
While the z. B. low-lying left end point remains unchanged, all further right profile points are calculated by such a proportion of the height offset, the distance of the respective profile point of the unaltered endpoint in relation to the total distance from the left to the right endpoint, so the width of the sensor surface
Je
besser die Erstreckungsrichtung
Eine
weitere Reduzierung des Berechnungsaufwandes kann erreicht werden,
indem von Anfang an entschieden wird, ob es sinnvoller ist, die
Erstreckungsrichtung
Dabei spielt es eine Rolle, dass vom inneren Aufbau her
die meisten optischen Sensoren
It plays a role that the internal structure of most optical sensors
Wenn
die erwartete Kontur, also z. b. die Aufwölbung
Im
letzteren Fall wird dann die Datenreduzierung vorzugsweise auch
durch folgende Methode erfolgen:
Es wird versucht, wiederum
nur den interessierenden Bereich
It tries to turn only the area of interest
Auch
in diesem Fall werden beim ersten Scan alle Pixel aus dem Bilddatenspeicher
des Sensors ausgelesen, um zumindest bei der ersten Zeile die interessierenden
Bereiche
Die Ermittlung des aktuell interessierenden Bereiches wird entweder in jeder Zeile neu durchgeführt oder in einer Abfolge von jeweils einigen Zeilen.The Determination of the current area of interest is either redone in each line or in a sequence of a few lines each.
Die
Datensätze
der interessierenden Bereiche aus dem Bilddatenspeicher
Deshalb
werden für
alle Zeilen zwar die Datensätze
der jeweils gesamten Zeile aus den Bilddatenspeichern
Falls
es sich um einen Sensortyp handelt, der innerhalb einer Zeile das
Auslesen vorgegebener Pixelpositionen ermöglicht, wie etwa ein CMOS-Sensor,
rechtfertigt folgende Datenverringerung gemäß
Der Datensatz für ein Pixel
besteht aus mindestens drei Daten, nämlich einerseits der Pixelposition
(x- und y-Wert im Sensor) und andererseits mindestens dem Helligkeitswert
(Grauwert), den dieses Pixel auf dem Sensor
The data set for a pixel consists of at least three data, namely on the one hand the pixel position (x and y value in the sensor) and on the other hand at least the brightness value (gray value), that pixel on the sensor
Im
Gegensatz zur Pixelanzahl und damit der Anzahl der Datensätze des
Bilddatenspeichers
Aus
den Informationen einer Reihe R1, R2.. aus dem Zwischenspeicher
Auf
den Sensoren
On the sensors
Sobald
dieser einen vorgegebenen Ziel-Bereich
Des
Weiteren wird dabei überprüft, ob sich die
Abbilder
Wenn
sich beispielsweise die Abbilder
For example, if the images
Die
Die
The
Für eine solche
Anomalie im Abbild wird bei beiden Abbildern das sogenannte Erstreckungs-Viereck
Der
gesamte Bereich in X- und Y-Richtung, in dem solche anormalen Pixel
liegen, stellt ein Rechteck dar, das Erstreckungs-Rechteck
Wenn
eine tatsächliche
Anomalie an der Prüfkontur,
d. h. an der Lötnaht
Wenn
nicht, wird davon ausgegangen, dass es sich nicht um eine tatsächliche
Anomalie der Lötnaht
Fluchten
diese nicht zueinander, ist also der Versatz der Enden zueinander
größer als
ein zulässiger Richtwert,
so wird von einem Fehler im Datenverarbeitungsweg und nicht von
einer tatsächlichen
Anomalie an der Lötnaht
If these are not aligned with one another, that is, if the offset of the ends from each other is greater than a permissible guide value, the result is an error in the data processing path and not an actual anomaly at the soldering seam
- 11
- Objektobject
- 22
- Lötnahtsoldered seam
- 2'2 '
- Prüfstellecheckpoint
- 2a2a
- Vertiefungdeepening
- 2b2 B
- Erhebungsurvey
- 33
- Lichtstrahl, BeleuchtungsrichtungLight beam lighting direction
- 44
- Abbildimage
- 4a4a
- Aufwölbungupheaval
- 4b4b
- Vertiefungdeepening
- 5, 5'5, 5 '
- Blickrichtungline of sight
- 66
- Prüfkopfprobe
- 6a, b6a, b
- Detektoreinheitdetector unit
- 77
- Bewegungsrichtungmovement direction
- 88th
- Erstreckungsrichtungextension direction
- 99
- BilddatenspeicherImage data storage
- 1010
- Bilddatenimage data
- 1111
- elektronische Verarbeitungseinheitelectronic processing unit
- 12, 12'12 12 '
- optischer Sensoroptical sensor
- 13a, b13a, b
- paralleler Ausgangparallel output
- 1414
- Lichtquellelight source
- 1515
- Interner Speicherinternal Storage
- 1616
- Gehäusecasing
- 1717
- Abstrahlrichtungradiation direction
- 1818
- Beobachtungsbreiteobservation width
- 1919
- Spiegelmirror
- 2020
- Betrachtungsebeneviewing plane
- 2121
- Lotrechtevertical
- 2222
- Nenn-AbstandNominal distance
- 2323
- Durchlasspassage
- 2424
- Platinecircuit board
- 2525
- Zwischenspeichercache
- 2626
- Steckerplug
- 2727
- Top-PunktTop point
- 28, 28'28 28 '
- Ziel-BereichTarget area
- 2929
- Sicherheitsbereichsecurity area
- 30, 30'30 30 '
- interessierender Bereichinterest Area
- 31, 31'31 31 '
- Erstreckungs-ViereckErstreckungs Quadrangle
- α1, α2 α 1 , α 2
- Triangulations-WinkelTriangulation angle
- β1, β2 β 1 , β 2
- Betrachtungswinkelviewing angle
- P1.1P1.1
- Pixelpixel
- D1.1D1.1
- Datensatzrecord
- Z1Z1
- Zeilerow
- R1R1
- Reiheline
- S1S1
- Scanscan
- b, Bb B
- Breitewidth
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